本报讯（记者刁雯蕙）近日，南方科技大学机械与能源工程系副教授王宏强团队和香港中文大学电子工程系教授任洪亮团队合作，在《IEEE机器人汇刊》发表了混合驱动变刚度及其建模的研究成果。

变刚度机制已在软体机器人和医疗领域展现出多功能应用，然而受到单一驱动方式在外部气压、材料电学特性、驱动源功率等方面的限制，现有变刚度装置不能兼顾或显著改善相关评价指标，且变刚度结构本身复杂的非线性力学行为的研究尚未明晰，进一步限制了在机器人领域的广泛应用。

对此，王宏强团队提出一种静电吸附和负压相结合的混合驱动式层干扰变刚度结构。通过堆叠和封装电极薄膜，实现了重量小于5克、厚度小于1毫米的10层结构，可实现高达75倍的刚度变化。

基于之前的理论工作，研究人员通过分析层间滑移行为，建立了完整的力学模型，并将其推广至一般形式。该模型不仅适用于不同驱动方式，并且解释和界定了层干扰结构的线性与非线性行为。基于该模型，研究人员从材料、尺寸、驱动3方面对结构的刚度和力学性能优化进行了全面的参数分析。

研究结果表明，该模型很好预测了实验结果表现出的力学行为，并计算出兴趣点的力与形变结果。在混合驱动下，相比单一驱动，结构的力学性能指标得到27%至36%的提高，并实现快速响应速度和超低工作能耗。相对于其他单一驱动的变刚度技术，该研究结果充分体现了基于混合驱动的层干扰变刚度机制的优势，并初步表现出静电场与负压场的相互促进作用。

该研究提出的负压-静电混合驱动方式不仅突破了外部大气压的极限，同时也将击穿电压指标提升了23%，初步揭示了驱动耦合场的内在关系。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1109/TRO.2024.3519433